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Die Erfindung betrifft einen Elektromotor mit Statorgehäuse.
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Sogenannte Flexible Leiterplatten sind allgemein bekannt.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Elektromotor weiterzubilden, wobei eine erhöhte Sicherheit erreichbar sein soll.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem Elektromotor nach den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
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Wichtige Merkmale der Erfindung bei dem Elektromotor mit Statorgehäuse sind, dass am Statorgehäuse ein Anschlusskastenunterteil angeordnet ist, insbesondere angeformt und/oder angegossen angeordnet oder mittels Schrauben verbunden ist,
wobei zur Bildung eines Anschlusskastens des Elektromotors ein Anschlusskastenoberteil auf das Anschlusskastenunterteil aufgesetzt und verbunden ist, insbesondere mittels Schrauben verbunden ist,
wobei im Anschlusskasten ein aus einem Unterteil und einem Oberteil gebildeter Kasten aufgenommen ist,
wobei am Oberteil ein Tragarm ausgebildet ist, von welchem ein Sensor gegen die Innenwand des Anschlusskastenunterteils gedrückt wird, insbesondere elastisch vorgespannt angedrückt wird.
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Von Vorteil ist dabei, dass auch wenn der aus Unterteil und Oberteil gebildete Kasten nicht fest verbunden ist mit dem aus Anschlusskastenunterteil und Anschlusskastenoberteil gebildeten Anschlusskasten, der Sensor genügend stark am Anschlusskastenunterteil angedrückt ist und somit die Messwerte sicher erfassbar sind, insbesondere also mit einem großen Signal-Rausch-Verhältnis. Dadurch ist eine erhöhte Sicherheit erreichbar; denn der Kasten ist aus Kunststoff ausführbar und fungiert daher als zusätzliche elektrische Isolierung der im Kasten angeordneten elektrische Leitungen gegenüber dem metallischen Anschlusskasten.
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Außerdem ist die Herstellung einfach ausführbar, indem der Kunststoffkasten in den metallischen Anschlusskasten eingesteckt wird und dabei der Sensor in die Andruckstellung kommt, insbesondere also an die Innenwand des Anschlusskastenunterteils gedrückt wird. Beim Einstecken wird der Kunststoffkasten an die Innenwand angedrückt, indem beim Einstecken die elastische Vorspannung des Tragarms aufgebaut wird. Dies gewährleistet auch bei starken Schwingungen die Sicherheit des Betriebs, weil der Sensor an der Innenwand des Anschlusskastenunterteils gut angedrückt ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind das Anschlusskastenunterteil und/oder das Anschlusskastenoberteil aus Metall gefertigt. Von Vorteil ist dabei, dass der Kunststoffkasten gegen aus der äußeren Umgebung herkommende Einwirkungen durch den Anschlusskasten geschützt ist. Somit trägt dies auch zu einer erhöhten Sicherheit bei.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind das Unterteil und das Oberteil aus Kunststoff gefertigt. Von Vorteil ist dabei, dass ein elastischer Kunststoff verwendbar ist. Der Kunststoff ist dabei elastischer, insbesondere also weist ein höheres Elastizitätsmodul auf, als das Material des Anschlusskastenunterteils und/oder Anschlusskastenoberteils. Eine erhöhte Isolierfestigkeit und somit auch Sicherheit ist erreichbar.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Tragarm einen Bereich, insbesondere Endbereich, auf, in welchem die Wandstärke des Tragarms mit abnehmendem Abstand zum Sensor streng monoton abnimmt,
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insbesondere wobei der Bereich näher am Sensor angeordnet ist als alle anderen Bereiche des Tragarms. Von Vorteil ist dabei, dass die Elastizität des Tragarms im Bereich des Sensors zunimmt und somit beim Andrücken des Sensors auch Fertigungstoleranzen besser ausgleichbar sind, insbeosndere bei im Wesentlichen unveränderter Andruckkraft.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind das Oberteil mit dem Unterteil klipsverbunden. Von Vorteil ist dabei, dass eine schnelle einfache Herstellung ermöglicht ist und eine sichere Verbindung bereitstellbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Anschlusskastenoberteil mittels Schrauben mit dem Anschlusskastenunterteil verbunden, insbesondere und von Schrauben ans Anschlusskastenunterteil angedrückt ist. Von Vorteil ist dabei, dass eine mechanisch derart feste Anbindung erreicht ist, dass Körperschall nur mit geringen oder vernachlässigbaren Verlusten vom Anschlusskastenunterteil ins Anschlusskastenoberteil einleitbar ist. Dabei ist die Berührfläche vorzugsweise genügend breit ausgeführt, damit eine von Schrauben aufgebrachte hohe Anpresskraft einleitbar ist und der Körperschall mit geringen Verlusten durchleitbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Sensor auf einem Leiterplattenstück bestückt, welches am Tragarm aufgenommen ist, insbesondere mit dem Tragarm klebeverbunden und/oder mittels Schrauben am Tragarm befestigt ist. Von Vorteil ist dabei, dass durch die stabile Aufnahme im Tragarm und das elastische Andrücken an die Innenwand eine schalltechnisch gute Ankoppelung erreichbar ist. Somit ist beim Erfassen des Körperschalls ein hohes Signal-Rausch-Verhältnis erreichbar, insbesondere also ein sehr gutes Messsignal erhältlich, was wiederum den sicheren Betrieb ermöglicht und somit die Sicherheit erhöht.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Leiterplattenstück mittels eines flexiblen Leiterplattenabschnitts mit der weiteren Leiterplatte elektrisch verbunden. Von Vorteil ist dabei, dass der flexible Leiterplattenabschnitt einerseits verbindet und andererseits gebogen, insbesondere um bis zu 90° gebogen, anordenbar ist, sodass das Leiterplattenstück nicht parallel zur weiteren Leiterplatte ausgerichtet ist. Das elastische Andrücken ist also senkrecht zur Einsteckrichtung des Kunststoffkastens in die am Anschlusskastenunterteil ausgeformte Aufnahme ausgerichtet vorsehbar. Die Einsteckrichtung ist in Bezug auf die Drehachse der Rotorwelle des Elektromotors eine radiale Richtung. Die Andrückkraft ist im Wesentlichen in axialer Richtung ausgerichtet.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der flexible Leiterplattenabschnitt am Tragarm angeordnet, insbesondere mit dem Tragarm verbunden. Von Vorteil ist dabei, dass der Tragarm gebogen ausführbar ist und/oder zumindest die Nicht-Parallelität der Andrückkraft zur Einsteckrichtung ermöglicht.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der flexible Leiterplattenabschnitt ein PCB-Teil, insbesondere ein flexibles und/oder dünn ausgeführten PCB-Teil. Von Vorteil ist dabei, dass der flexible Leiterplattenabschnitt in einfacher und kostengünstiger Weise herstellbar ist und die Umlenkung um 90° in einfacher Weise erreichbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der flexible Leiterplattenabschnitt Leiterbahnen auf, welche auf einem Material angeordnet sind, das zumindest Polyimid, insbesondere und einen Klebstoff, aufweist. Von Vorteil ist dabei, dass ein flexibles, also elastisches Trägermaterial in einfacher und kostengünstiger Weise verwendbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist als flexibler Leiterplattenabschnitt eine Flexible Leiterplatte verwendet. Von Vorteil ist dabei, dass eine Massenfertigung anwendbar ist und somit kostengünstige Bereitstellung ermöglicht ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Leiterplattenstück formschlüssig im Haltearm aufgenommen, insbesondere und stoffschlüssig mit dem Haltearm verbunden. Von Vorteil ist dabei, dass das Leiterplattenstück wohldefiniert im Tragarm aufgenommen ist und an die Innenwand andrückbar ist oder sogar mit dem Tragarm verbunden ist, so dass das Leiterplattenstück präzise geführt ist vom Oberteil des Kastens, insbesondere Kunststoffkastens.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Haltearm aus einem Material mit einem höheren Elastizitätsmodul ausgeführt als das Anschlusskastenunterteil. Von Vorteil ist dabei, dass bei Schwingungen die maximale Beschleunigung proportional zum Quadrat der Schwingfrequenz und proportional zur Amplitude der Schwingung ist. Somit wäre auch bei statisch verschwindendem Spiel bei hohen Frequenzen die Aufnahme des Kastens spielbehaftet, wenn die elastische Auslenkung des Tragarms nicht vorhanden wäre.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Unterteil in einen am Anschlusskastenunterteil ausgeformten Aufnahmebereich eingesteckt und/oder eingeklipst. Von Vorteil ist dabei, dass die Aufnahme einfach ausführbar ist. Außerdem ist die Aufnahme sogar spielfrei ausführbar, insbesondere fehlender Beschleunigung, also im statischen Fall. Im dynamischen Fall allerdings wirkt eine maximale Beschleunigung, insbesondere Momentanbeschleunigung, die ein Spiel bei der Aufnahme des Kastens erzeugbar macht, das aber verhinderbar ist durch die elastische Vorspannung des Tragarms.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist in dem aus dem Oberteil und dem Unterteil gebildeten Kasten ein Leiterplattenstapel angeordnet,
wobei der Leiterplattenstapel mit Bauelementen bestückte Leiterplatten aufweist, welche voneinander beabstandet und zueinander parallel angeordnet sind. Von Vorteil ist dabei, dass die Masse des Kastens erhöht wird und somit die Trägheit des Kastens, insbesondere was wiederum die Vorspannung des Tragarms zeitlich stabilisiert und/oder vergleichmäßigt.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und/oder einzelnen Anspruchsmerkmalen und/oder Merkmalen der Beschreibung und/oder der Figuren, insbesondere aus der Aufgabenstellung und/oder der sich durch Vergleich mit dem Stand der Technik stellenden Aufgabe.
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Die Erfindung wird nun anhand von schematischen Abbildungen näher erläutert:
- In der 1 ist ein Bereich eines geöffneten Anschlusskastens eines erfindungsgemäßen Elektromotors in Schrägansicht dargestellt.
- In der 2 ist eine zum Bereich zugehörige Schnittansicht dargestellt.
- In der 3 ist ein Oberteil 2 in Schrägansicht dargestellt.
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Wie in den Figuren dargestellt, weist der Elektromotor ein Statorgehäuse auf, in welchem die Statorwicklung des Elektromotors aufgenommen ist, und einen Anschlusskasten, dessen Anschlusskastenunterteil 4 entweder mit dem Statorgehäuse einteilig, insbesondere einstückig, ausgeführt oder dessen Anschlusskastenunterteil 4 mit dem Statorgehäuse verbunden ist.
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Das Anschlusskastenunterteil 4 ist vorzugsweise aus Metall gefertigt, insbesondere wie auch das Statorgehäuse des Elektromotors.
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Auf das Anschlusskastenunterteil 4 ist ein Anschlusskastenoberteil 6 aufgesetzt, insbesondere zur Bildung des Anschlusskastens.
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Insbesondere ist die zwischen Anschlusskastenoberteil 6 und Anschlusskastenunterteil 4 ausgebildete Berührfläche in einer Berührebene enthalten.
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In den Anschlusskasten sind die Wicklungsdrahtenden der Statorwicklung des Elektromotors hineingeführt und mit dort angeordneten Anschlussmitteln elektrisch verbunden. Darüber hinaus sind auch Versorgungsleitungen in den Anschlusskasten von der äußeren Umgebung herkommend hineingeführt und mit den Anschlussmitteln elektrisch verbunden. Die Versorgungsleitungen sind entweder mit einem Drehstromnetz verbunden oder mit den wechselspannungsseitigen Anschlüssen eines Wechselrichters oder Umrichters.
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Im Anschlusskasten ist ein aus einem Unterteil 1 und einem Oberteil 2 gebildeter Kasten angeordnet. Das Unterteil 1 ist in eine am Anschlusskastenunterteil 4 Aufnahme eingesteckt und kraftschlüssig verbunden. Vorzugsweise ist zusätzlich eine formschlüssige Verbindung, wie Klipsverbindung und/oder Schraubverbindung, ausgeführt, wobei die Klipsverbindung eine besonders schnelle und einfache Herstellung und Wartung ermöglicht.
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Das Oberteil 2 ist mit dem Unterteil 1 verbunden, insbesondere mittels einer Klipsverbindung. Vorzugswiese sind hierzu am Unterteil 1 e ausgeformt, welche das Oberteil 2 umgreifen und wobei an den en ausgebildete insbesondere nasenförmige Vorsprünge eine jeweilige am Oberteil 2 ausgeformte Vertiefung hintergreifen.
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Da Oberteil 2 und Unterteil 1 aus Kunststoff ausgeführt sind, sind die e elastisch auslenkbar und/oder verformbar.
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Die e erstrecken sich in einer zur Drehachse der Rotorwelle des Elektromotors radialen Richtung, insbesondere welche parallel zur Normalenrichtung der zwischen Anschlusskastenunterteil 4 und Anschlusskastenoberteil 6 vorhandenen Berührebene und/oder der zwischen Oberteil 2 und Unterteil 1 vorhandenen Berührebene ausgerichtet ist.
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Die Normalenrichtung der Berührebene ist dabei parallel zur Steckrichtung ausgerichtet, welche beim Aufsetzen des Anschlusskastenoberteils 6 auf das Anschlusskastenunterteil 4 verwendet wird, und/oder zur Steckrichtung, welche beim Aufsetzen des Oberteil 2 auf das Unterteil 1 verwendet wird, um die Klipsverbindung zu betätigen. Die Berührebene umfasst zumindest einen Teilbereich der Berührfläche zwischen Anschlusskastenoberteil 6 und Anschlusskastenunterteil 4 und/oder einen Teilbereich der Berührfläche zwischen Oberteil 2 und Unterteil 1.
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In dem aus dem Oberteil 2 und dem Unterteil 1 gebildeten Kasten ist ein Leiterplattenstapel 23 angeordnet, welcher eine Signalelektronik aufweist, insbesondere welche einen Datenknoten umfasst und/oder als Busteilnehmer ausgeführt ist und einen Bremsgleichrichter aufweist.
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Der Leiterplattenstapel 23 ist am Unterteil 1 befestigt. Eine weitere Leiterplatte 21 ist am Oberteil 2 befestigt.
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Am Oberteil 2 ist ein Tragarm 3 ausgeformt. Dieser Tragarm 3 ragt vorzugsweise in axialer Richtung hervor und drückt eine an ihm befestigte oder aufgenommene Sensoranordnung gegen die Innenwand des Anschlusskastenunterteils 4.
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Die Sensoranordnung weist vorzugsweise einen Beschleunigungssensor, insbesondere Körperschallsensor, auf. Zusätzlich weist die Sensoranordnung aber auch einen Temperatursensor auf.
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Die Sensoranordnung ist vorzugsweise auf einem Leiterplattenstück bestückt, welches über einen flexiblen, dünn ausgeführten PCB-Teil mit der weiteren Leiterplatte 21 verbunden ist, die am Oberteil 2 befestigt ist.
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Der Tragarm 3 ist dünn ausgeführt und somit auch elastisch verformbar. Hierdurch ist bei der Montage durch das Aufsetzen des Oberteils 2 auf das Unterteil 1 eine elastische Vorspannung erzeugbar, welche die Sensoranordnung dauerhaft gegen die Innenwand des Anschlusskastenunterteils 4 andrückt.
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Da das Anschlusskastenunterteil 4 aus Metall gefertigt ist, ist die an die Innenwand angedrückte Sensoranordnung gut angekoppelt bezüglich Temperatur und Körperschall.
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Der Tragarm 3 ist an dem aus Unterteil 1 und Oberteil 2 gebildeten Kasten abgestützt. Der Kasten selbst, insbesondere das Unterteil 1, zwar aufgenommen in einer am Anschlusskastenunterteil 4 ausgeformten Aufnahme und formschlüssig verbunden, insbesondere vorzugsweise klipsverbunden, mit dem Anschlusskastenunterteil 4, jedoch ist der Kasten bei Schwingungen nur spielbehaftet im Anschlusskastenunterteil 4 angeordnet. Denn der Kasten ist aus Kunststoff, also einem elastischeren Material als das Metall des Anschlusskastenunterteils 4, gefertigt. Daher ist der Kasten im Gegensatz zum Anschlusskastenunterteil 4 ein weniger starrer Körper, insbesondere bei hohen Beschleunigungen und/oder starken Schwingungen. Der Tragarm 3 ist somit aus dynamischer Sicht, also bezüglich Schwingungen, an der trägen Masse des Kastens abgestützt. Mittels der elastischen Vorspannung bleibt aber die Sensoranordnung an die Innenwand angedrückt, insbesondere auch bei starken Beschleunigungen und Schwingungen.
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Erfindungsgemäß ist also aus dem Unterteil 1 und dem Oberteil 2 ein Kunststoffkasten gebildet. Dabei ist das Unterteil 1 wiederum mehrstückig ausführbar, insbesondere also aus zwei oder mehr miteinander klipsverbundenen Stücken. Am Oberteil 2 ist ein Tragarm 3 ausgeformt, der den auf einem Leiterplattenstück 5 angeordneten Sensor gegen die Innenwand des Anschlusskastenunterteils 4 drückt, wobei das Leiterplattenstück 5 mit dem Sensor beabstandet ist von dem restlichen Oberteil 2, insbesondere also dem bei entferntem Tragarm 3 verbleibenden Rest des Oberteils 2. Ohne diese elastische Vorspannung des Tragarms 3 ist in dem aus dem Anschlusskastenunterteil 4 und dem Anschlusskastenoberteil 6 gebildeten, metallischen Kasten der Kunststoffkasten aufgenommen und zumindest bei Schwingungen einer ein kritisches Maß überschreitenden Amplitude oder bei ein kritisches Maß überschreitender Beschleunigung, insbesondere Momentan-Beschleunigung, der Kunststoffkasten im metallischen Kasten spielbehaftet aufgenommen und formschlüssig verbunden. Durch das elastische Anpressen des Tragarms 3 wird aber ein Klappern des Kunststoffkastens im metallischen Kasten verhindert.
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Da der Leiterplattenstapel im Unterteil 1 des Kastens aufgenommen ist, bietet der Kunststoffkasten eine hohe träge Masse.
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Auf der weiteren Leiterplatte 21 ist eine Auswerteelektronik vorgesehen, welche die Signale des Sensors auswertet. Vorzugsweise ist auf dieser weiteren Leiterplatte auch ein Steckverbinderteil bestückt, welches mit einem Gegensteckverbinderteil elektrisch steckverbunden ist, das auf einer Leiterplatte des Leiterplattenstapels 23 bestückt ist. Die Leiterplatten des Leiterplattenstapels sind mit Bauelementen bestückt, sodass daraus eine Signalelektronik gebildet ist, welche als Busteilnehmer ausgeführt ist. Zusätzlich ist ein als Bremsgleichrichter fungierender Gleichrichter vorgesehen, welcher mit Wechselspannung versorgt ist und aus seinem gleichspannungsseitigen Anschluss eine Spulenwicklung versorgt, die im Elektromotor angeordnet ist und von einer elektromagnetisch betätigbaren Bremse umfasst ist. Bei Bestromung der Spulenwicklung wird die Bremse gelüftet und bei Nicht-Bestromung fällt die Bremse ein.
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Das Anschlusskastenunterteil 4 ist mittels Schrauben mit dem Statorgehäuse verbunden, in welchem Lager zur drehbaren Lagerung der Rotorwelle aufgenommen sind. Somit wird der von den Lagern eingetragene Körperschall unter nur geringen Verlusten bis zum Sensor weitergeleitet und ist somit mit einem hohen Signal-Rausch-Verhältnis detektierbar.
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Mittels der elektrischen Steckverbindung zwischen der weiteren Leiterplatte 21 und dem Leiterplattenstapel 23 ist ein schnelles und einfaches Herstellen des Kastens ermöglicht.
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Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen wird der Tragarm 3 als separates Teil gefertigt und mit dem Oberteil 2 verbunden.
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Am Unterteil 1 ist vorzugsweise ein Steckverbinderbereich ausgebildet, in welchen die Versorgungsleitungen und/oder Statorwicklungsleitungen mit einem an ihnen konfektionierten Steckverbinder steckverbindbar sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Unterteil
- 2
- Oberteil
- 3
- Tragarm
- 4
- Anschlusskastenunterteil
- 5
- Leiterplattenstück mit Sensor
- 6
- Anschlusskastenoberteil
- 21
- Leiterplatte
- 23
- Leiterplattenstapel
